Una vista singular de COVID-19

No existe un buen momento para una pandemia, pero la comunidad de investigadores estaba indudablemente bien posicionada a principios de 2020 para hacer frente a esta crisis. Las plataformas comerciales para perfilar la actividad transcriptómica de un gran número de células individuales, como el sistema Chromium de 10x Genomics, se han vuelto cada vez más comunes. Ben Hindson, cofundador y director de operaciones de 10x, señala que su empresa ha contado más de 1.000 artículos utilizando la tecnología de la empresa para realizar perfiles transcriptómicos con un rendimiento cada vez mayor. “Con nuestros productos actuales, puede hacer alrededor de 80.000 celdas por ejecución”, dice Hindson, “y hemos publicado algunos conjuntos de datos en la escala de un millón de celdas”.

Estas tecnologías ya han demostrado ser transformadoras para la inmunología. “Anteriormente, estábamos limitados al uso de citometría de flujo y solo podíamos medir como máximo de seis a ocho parámetros diferentes”, dice Shuye Zhang de la Universidad Fudan en Shanghai. “Con RNA-seq de una sola célula, puede medir decenas de miles de marcadores en miles de células, lo que proporciona una resolución muy alta del panorama inmunológico”. Y aunque hay relativamente pocas demostraciones de estas tecnologías en la investigación de enfermedades infecciosas, un puñado de investigadores había comenzado a utilizarlas para buscar huellas genómicas de virus en muestras de tejido. “Hemos estado trabajando durante varios años para tratar de comprender qué células están realmente infectadas por un virus in vivo en lugar de ser un espectador”, dice Ido Amit del Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot, Israel, cuyo equipo demostró recientemente el viabilidad de usar RNA-seq unicelular para realizar tal perfil con virus como la influenza.

Iniciativas como Human Cell Atlas también han creado una base de experiencia técnica que podría reutilizarse para la investigación de COVID-19. “Mi laboratorio ha desarrollado diferentes marcos experimentales para analizar una amplia gama de tejidos, incluidos el cerebro, los pulmones, todo el tracto gastrointestinal, el hígado, los riñones y los músculos”, dice Alexandra-Chloe Villani del Hospital General de Massachusetts en Boston, quien es una de los coordinadores del componente de células inmunitarias del Atlas de células humanas. Sus flujos de trabajo son lo suficientemente sensibles como para capturar tipos de células raras que representan tan solo el 0,1% de una muestra, y esa sensibilidad a menudo es esencial si se pretende concentrarse en subconjuntos celulares específicos que impulsan la patología de la enfermedad. Uno de los postdoctorados de Villani llamó la atención sobre el SARS-CoV-2 a principios del invierno, y en febrero ella y sus colaboradores ya habían comenzado a recolectar muestras de pacientes con COVID-19.

Y por suerte, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (DARPA) financió recientemente una serie de proyectos de desarrollo de contramedidas rápidas a través de su iniciativa Pandemic Prevention Platform (P3), varios de los cuales se basaron en el cribado de una sola célula. “El objetivo era pasar de paciente a 20.000 dosis de contramedida en 60 días”, dice Carl Hansen, director ejecutivo de AbCellera, con sede en Vancouver, una de las empresas involucradas con P3. “Cuando se lanzaron por primera vez … se consideró una completa locura”. Pero utilizando su plataforma de microfluidos patentada para la caracterización funcional de células B individuales, AbCellera pudo concentrarse en los anticuerpos neutralizantes para la influenza H1N1 en 55 días. “Cuando finalmente COVID-19 llegó a Norteamérica… estábamos listos para eso y pudimos convertir la plataforma directamente en ese problema”, dice Hansen.

Una vista singular de COVID-19

Usando su plataforma de cribado unicelular de alto rendimiento, AbCellera pasó de 5,5 millones de células a las pruebas clínicas de anticuerpos contra el SARS-CoV-2 en 90 días.
Crédito: AbCellera

También han surgido otras técnicas analíticas como un valioso complemento de los datos transcriptómicos. Varios estudios de COVID-19 están empleando análisis de repertorio, por ejemplo, usando secuenciación dirigida de receptores de células T (TCR) e inmunoglobulinas para analizar cómo el sistema inmunológico adaptativo responde a la infección e identificar receptores que podrían ofrecer valor terapéutico. Antes de la pandemia, Adaptive Biotechnologies utilizaba sus herramientas de análisis de repertorio en colaboración con Microsoft para identificar firmas inmunológicas útiles para la detección y el diagnóstico de enfermedades. A finales de febrero, las dos empresas lanzaron el estudio immunRACE para aplicar la misma estrategia analítica a COVID-19, buscando patrones en el repertorio de TCR que puedan resultar predictivos de los resultados de los pacientes.

El análisis proteómico también puede llenar los vacíos críticos relacionados con el tipo y la función de las células. Villani y sus colegas están utilizando una técnica llamada CITE-seq, comercializada por BioLegend como TotalSeq, que emplea anticuerpos con códigos de barras de ADN para detectar cientos de proteínas de superficie de células individuales en paralelo con los datos transcriptómicos recopilados por RNA-seq. “Hay muchas moléculas efectoras clave que en realidad no se capturan bien transcripcionalmente”, dice Villani. Estos pueden detectarse fácilmente con un anticuerpo bien elegido, lo que produce perfiles moleculares más ricos para clasificar células individuales en una mezcla muy heterogénea. Un consorcio de investigación con sede en Seattle encabezado por el Centro Médico Sueco, el Instituto de Biología de Sistemas y Merck también está aplicando una serie de técnicas analíticas multiómicas a muestras de sangre recolectadas de pacientes con COVID-19, incluida una plataforma desarrollada por IsoPlexis que emplea Inmunoensayos basados ​​en microchip para perfilar las citocinas secretadas y otras moléculas de señalización de las células inmunitarias individuales. “Básicamente, le permite realizar análisis de 35 plex de la secreción de citocinas de células individuales viables”, dice James Heath, presidente del Instituto de Biología de Sistemas y cofundador de IsoPlexis.

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